Чым адрозніваюцца FSI sCMOS і BSI sCMOS?

У навуковых камерах візуалізацыі,архітэктура датчыкаўадыгрывае вырашальную ролю ў вызначэнні якасці выявы, адчувальнасці і агульнай прадукцыйнасці. Большасць сучасных высокапрадукцыйных камер выкарыстоўваюцьCMOS (камплементарны метал-аксід паўправаднік)тэхналогія для святлоадчувальнага піксельнага масіва, які фармуе выяву.

У тэхналогіі CMOS-датчыкаў існуюць дзве асноўныя архітэктуры асвятлення:Пярэдняя бакавая падсветка (FSI)іДатчыкі з задняй падсветкай (BSI)Нягледзячы на тое, што абедзве канструкцыі шырока выкарыстоўваюцца ў навуковых камерах, яны адрозніваюцца тым, як уваходнае святло дасягае фотадыёдаў датчыка.

Разуменне адрозненняў паміжsCMOS-датчыкі FSI і BSIможа дапамагчы даследчыкам і інжынерам выбраць найбольш прыдатную камеру для такіх задач, як мікраскапія, візуалізацыя пры слабым асвятленні і іншыя складаныя навуковыя вымярэнні.

Што такое sCMOS-датчыкі FSI і BSI?

Мадэль датчыка адносіцца да тыпу тэхналогіі датчыкаў камеры, якая выкарыстоўваецца ў прыладах візуалізацыі. У навуковых сістэмах візуалізацыі датчык адыгрывае важную ролю ў захопе ўваходнага святла і пераўтварэнні яго ў электрычныя сігналы, якія фарміруюць канчатковае выява.

Найсучаснейшыянавуковыя камерывыкарыстоўвацьКМОПтэхналогія для святлоадчувальнага піксельнага масіва. CMOS-датчыкі сталі галіновым стандартам для высокапрадукцыйнай візуалізацыі і шырока выкарыстоўваюцца ў мікраскапіі, даследаваннях у галіне біялагічных навук і прамысловым інспекцыі.

У тэхналогіі CMOS-датчыкаў у сучасных камерах выкарыстоўваюцца дзве асноўныя архітэктуры асвятлення:Датчыкі FSIіДатчыкі BSIХоць абодва тыпы заснаваныя на адной і той жа тэхналогіі візуалізацыі CMOS, яны адрозніваюцца тым, як святло праходзіць праз структуру датчыка, перш чым дасягнуць крэмнію, які рэагуе на святло.

Разуменне гэтай структурнай розніцы з'яўляецца ключом да тлумачэння таго, чамуДатчыкі BSI часта забяспечваюць больш высокую адчувальнасць, асабліва ў умовах нізкай асветленасці пры навуковай візуалізацыі.

Як працуюць датчыкі з падсветкай пярэдняга бакавога пражэктара (FSI)?

Датчыкі FSI, таксама вядомыя якдатчыкі з пярэдняй падсветкай (FI)— найбольш распаўсюджаная архітэктура CMOS-датчыкаў, якая выкарыстоўваецца ў сучасных сістэмах візуалізацыі. Гэтая канструкцыя шырока выкарыстоўваецца ў першую чаргу таму, што янапрасцейшы і больш эканамічна выгадны ў вытворчасці.

У датчыку FSI праводка і транзістары, якія кіруюць кожным пікселем, размешчанынад святлоадчувальным крэмніевым пластомТакім чынам, фатоны, якія падаюць на паверхню, павінны прайсці праз гэты пласт электронікі, перш чым дасягнуць фотадыёдаў, якія рэгіструюць святло. Калі фатон трапляе на гэтыя кампаненты, ён можа быць...паглынаецца або рассейваецца, што перашкаджае яму дасягнуць святлоадчувальнай вобласці.

Гэтая структура памяншаекаэфіцыент запаўненнякожнага пікселя і зніжае эфектыўнуюКвантавая эфектыўнасць(QE)— верагоднасць таго, што будзе выяўлены ўваходны фатон. У выніку, датчыкі FSI звычайна прапануюцьніжэйшая адчувальнасць, асабліва ва ўмовах нізкай асветленасці пры здымцы.

Перавагі

●Прасцей у вытворчасці– Датчыкі FSI лягчэй вырабляць, бо структура датчыка не патрабуе разрэджвання крэмніевай падкладкі.

●Ніжэйшыя выдаткі на вытворчасць– Прасцейшы працэс вырабу робіць датчыкі з пярэдняй падсветкай больш эканамічна эфектыўнымі.

Недахопы

●Ніжэйшая адчувальнасць– Праводка і электронныя кампаненты размешчаны над крэмніем, які рэагуе на святло, а гэта значыць, што некаторыя ўваходныя фатоны могуць быць заблакаваныя, перш чым дасягнуць фотадыёда.

Малюнак 1: Структура пікселяў з пярэдняй і задняй падсветкай

Бакавы выгляд структуры пікселяў для датчыкаў з пярэдняй падсветкай (злева) і датчыкаў з задняй падсветкай (справа). Пярэдняя частка паказана з каляровымі фільтрамі або без іх, задняя — з мікралінзамі або без іх. Глядзіце асноўны тэкст для тлумачэння кампанентаў.

Як працуюць датчыкі з задняй падсветкай (BSI)?

Датчыкі BSI выкарыстоўваюць іншую архітэктуру, прызначаную для павышэння эфектыўнасці збору святла. У гэтай канструкцыі структура датчыка эфектыўнаперавернуты, што дазваляе фатонам дасягаць святлоадчувальнага крэмнію непасрэдна, не праходзячы спачатку праз праводку або транзістары.

Каб дасягнуць гэтай канфігурацыі, аб'ёмны крэмній, які падтрымлівае святлоадчувальны пласт, павінен быцьмеханічна або хімічна разведзены, працэс, які часта называюцьпрарэджванне спінкіГэты этап вытворчасці дазваляе святлу пранікаць да фотадыёдаў, але таксама робіць працэс вырабу больш складаным.

Паколькі пласт праводкі размешчаны за фотадыёдам, пікселькаэфіцыент запаўнення набліжаецца да 100%, што дазваляе выяўляць значна большую долю ўваходных фатонаў. У выніку, датчыкі BSI могуць дасягнуцьвельмі высокае колькаснае паслабленне— у некаторых выпадках дасягаючы90–95%—што значна паляпшае адчувальнасць пры слабым асвятленні.

Перавагі

●Больш высокая адчувальнасць– Паколькі шлях святла не перакрываецца праваднікамі, больш фатонаў дасягае фотадыёдаў, што паляпшае выяўленне сігналу.

●Палепшаная прадукцыйнасць ва ўмовах нізкай асветленасці– Датчыкі BSI асабліва эфектыўныя ў тых выпадках, калі вельмі важна ўлоўліваць слабыя сігналы або фіксаваць дробныя дэталі.

Недахопы

●Больш высокі кошт і складанасць вытворчасці– Працэс пратанчэння пласцін, неабходны для датчыкаў BSI, павялічвае складанасць вырабу і выдаткі на вытворчасць.

Асноўныя адрозненні паміж sCMOS-датчыкамі FSI і BSI

Нягледзячы на тое, што датчыкі FSI і BSI заснаваныя на адной і той жа тэхналогіі візуалізацыі CMOS, іх унутраныя структуры прыводзяць да істотных адрозненняў у прадукцыйнасці, адчувальнасці і складанасці вытворчасці.

Асноўнае адрозненне заключаецца ў тым, як святло дасягае фотадыёда. У датчыках FSI ўваходныя фатоны павінны прайсці праз пласты правадоў і электронікі, перш чым дасягнуць святлоадчувальнага крэмнію. У датчыках BSI структура датчыка інвертаваная, так што фатоны трапляюць непасрэдна на фотадыёд, што паляпшае эфектыўнасць збору святла.

Гэта архітэктурнае змяненне павялічвае каэфіцыент запаўнення і значна паляпшае квантаванне, дазваляючы датчыкам BSI выяўляць больш уваходных фатонаў, асабліва ва ўмовах нізкай асветленасці. Аднак такое паляпшэнне прадукцыйнасці адбываецца за кошт больш складанага вытворчага працэсу.

Асаблівасць	Датчыкі FSI sCMOS	Датчыкі BSI sCMOS
Структура датчыка	Праводка над фотадыёдам	Праводка за фотадыёдам
Светлы шлях	Часткова заблакавана электронікай	Прамы шлях да фотадыёда
Каэфіцыент запаўнення	Зніжана за кошт слаёў праводкі	Блізка да 100%
Квантавая эфектыўнасць	Умераны	Вельмі высокі (да ~95%)
Адчувальнасць	Ніжэй пры здымках у слабым асвятленні	Больш высокая адчувальнасць
Вытворчы кошт	Ніжэй	Вышэй

З-за гэтых адрозненняў выбар паміж датчыкамі FSI і BSI часта залежыць ад балансу паміж патрабаваннямі да прадукцыйнасці і коштам сістэмы.

Выбар паміж датчыкамі FSI і BSI

Пры выбары паміж датчыкамі з пярэдняй падсветкай (FSI) і задняй падсветкай (BSI) для вашай задачы візуалізацыі найважнейшай характарыстыкай, якую трэба ўлічваць, з'яўляецца квантавая эфектыўнасць (QE), неабходная для вашых канкрэтных патрэб. Квантавая эфектыўнасць азначае, наколькі эфектыўна датчык можа пераўтвараць уваходнае святло ў электрычныя сігналы.

Датчыкі FSIможа быць дастаткова для прымяненняў, дзе эканамічная эфектыўнасць з'яўляецца прыярытэтам, а ўзровень неабходнай святлоадчувальнасці ўмераны.

Датчыкі BSI, хоць і даражэйшыя, ідэальна падыходзяць для тых ужыванняў, дзе высокая адчувальнасць мае вырашальнае значэнне, асабліва ва ўмовах нізкай асветленасці.

Разуменне квантавай эфектыўнасці, неабходнай для вашага прыкладання, можа дапамагчы вызначыць, якая архітэктура датчыка — FSI ці BSI — з'яўляецца лепшым выбарам.

Выснова

Датчыкі FSI і BSI шырока выкарыстоўваюцца ў сучасных навуковых камерах візуалізацыі, кожны з якіх прапануе розныя перавагі ў залежнасці ад прымянення. Датчыкі FSI забяспечваюць эканамічна эфектыўнае і дасканалае рашэнне для многіх сістэм візуалізацыі, дзе ўмовы асвятлення стабільныя і не патрабуецца надзвычайная адчувальнасць.

З іншага боку, датчыкі BSI прызначаны для максімальнага выяўлення фатонаў і забеспячэння больш высокай якасці і адчувальнасці, што робіць іх ідэальнымі для патрабавальных задач пры слабым асвятленні, такіх як флуарэсцэнтная мікраскапія і іншыя навуковыя задачы візуалізацыі.

Tucsen прапануе шэраг sCMOS-камер FSI і BSI, прызначаных для розных патрабаванняў да візуалізацыі, дапамагаючы даследчыкам выбраць найбольш прыдатную архітэктуру датчыкаў для іх канкрэтных ужыванняў.

Рэкамендацыі па выкарыстанні CMOS-матрыц Tucsen FSI і BSI sCMOS

Тып камеры	BSI sCMOS	FSI sCMOS
Высокая адчувальнасць	Дх'яна 95V2 Дх'яна 400BSIV2 Дх'яна 9KTDI	Дх'яна 400D Дх'яна 400DC
Вялікі фармат	Дх'яна 6060BSI Дх'яна 4040BSI	Дх'яна 6060 Дх'яна 4040
Кампактны дызайн	——	Дх'яна 401D Дх'яна 201D